Grafeno pode ajudar a controlar temperatura em prédios inteiros

Grafeno pode ajudar a controlar temperatura em prédios inteiros

Por Gustavo Minari | Editado por Douglas Ciriaco | 29 de Outubro de 2021 às 18h00
Reprodução/Duke University

Engenheiros da Universidade Duke, nos EUA, desenvolveram um material inteligente que consegue alternar entre aquecimento e resfriamento em menos de dois minutos. O dispositivo pode coletar o calor da luz solar em um ambiente externo e, logo em seguida, permitir que um objeto esfrie.

O sistema inovador criado pelos pesquisadores utiliza uma tecnologia parecida com a empregada em vidros eletrocrômicos convencionais, capazes de mudar de cor ou de opacidade em tempo real, quando estímulos elétricos são aplicados em filmes com eletrodos condutores entre uma camada e outra.

“Desenvolvemos o primeiro dispositivo eletrocrômico que pode alternar entre o aquecimento solar e o resfriamento radiativo. Nosso método de ajuste eletrocrômico não possui partes móveis e pode ser continuamente ajustado, conforme a necessidade”, explica o professor de engenharia mecânica Po-Chun Hsu, autor principal do estudo.

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Calor e frio

Quando está no modo de aquecimento, o dispositivo escurece para absorver a luz solar, impedindo que a luz infravermelha escape. Ao alternar para o estado de resfriamento, a camada escura desaparece, revelando um espelho que reflete a luz e ajuda a radiação infravermelha a se dissipar.

Esquema de funcionamento do material inteligente (Imagem: Reprodução/Duke University)

Como o espelho utilizado não é totalmente transparente, esse sistema não substitui as janelas de uma casa, por exemplo, mas pode ser aplicado em outras superfícies, como em paredes externas para ajudar a esquentar ou esfriar ambientes internos em edifício inteiros, economizando energia elétrica.

“É muito difícil criar materiais eficientes e baratos que possam funcionar em regimes de aquecimento e resfriamento ao mesmo tempo. Nosso dispositivo, porém, possui uma das maiores faixas de sintonia entre a radiação térmica e a energia solar já demonstrada”, acrescenta Hsu.

Grafeno

Para superar os desafios de criar um dispositivo com superfícies de eletrodos que conduzissem eletricidade e fossem transparentes tanto para luz visível quanto para radiação térmica, os pesquisadores usaram filmes de grafeno com um átomo de espessura e uma fina camada de ouro por cima.

Quando as minúsculas partículas do metal são colocadas a apenas nanômetros de distância umas das outras, elas captam comprimentos de onda de luz específicos com base no seu tamanho e espaçamento. Isso não só escurece o dispositivo, mas faz com que ele absorva e retenha tanto a luz visível quanto o calor.

No momento que o fluxo elétrico é revertido, as nanopartículas se dissolvem, deixando o eletrólito líquido novamente transparente. Essa transição entre os estados de aquecimento e resfriamento leva de um a dois minutos para ser concluída, dependendo da temperatura e do tamanho do dispositivo.

“Ainda existem muitos desafios a serem vencidos, mas já posso imaginar essa tecnologia formando uma espécie de envelope na fachada dos edifícios para aquecê-los e resfriá-los passivamente, reduzindo muito a quantidade de energia que nossos sistemas de ar-condicionado atuais precisam”, encerra Po-Chun Hsu.

Fonte: Duke University

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